驱控一体伺服系统的FPGA模块设计与应用

张兴振+张春刚

【摘要】驱控一体化伺服系统开发的目标是为了工业领域的经济性与适用性，在电机驱动控制一体化的基础上，使用FPGA模块模块设计，伺服系统进行更加规范化的处理，系统的自动化管理和IP核的實际使用能力，保证机电驱动一体化的进步。本文主要针对驱控一体伺服系统的FPGA模块设计与应用进行分析。

【关键词】驱控一体伺服系统；FPGA模块设计；应用

随着电力电子与微电子技术的进一步发展，针对多电机驱动体与控制集成一体化的需求已经成为一种趋势。相较于传统的运动控制系统来讲，FPGA模块设计可以减少多个驱动器的组成过程，减少系统构架占据的实践，并且对于计算的过程进行减少，并且程序开发的周期进一步缩短，通过不断的优化，该技术突入到市场中的前景较好，对于实现机电的驱动控制具有实操性。

一、驱控一体伺服系统的FPGA模块构成

驱动一体化技术是将运动控制器与电机驱动器进行高度融合的技术，驱动器与控制器的相互集成使得设备从设计到制造再到系统维护整体的结合在一起，这样可以全面的提升整体的运行与控制。如图一所示为驱动一体化系统，在进行伺服的过程中，FPGA系统很好的解决了DSP系统在运行中的只能执行同一种算法的弊端，增加了机电的控制数量，对运行系统的范围进行扩大，提升系统的实际应用性。

在实际运行的过程中，FPGA系统首先通过磁场的矢量、电机监控器、片内RAM等技术，对机电运行过程中的各种状态进行控制，然后通过编码器将对程序进行控制，增加编码器的使用效果，保证整体技术质量得到较大的提升。系统通过FPGA运行可以实现编码器与电流模块的自动采集电机编码器信息与电机三项电流信息之间的整体联通，将数据通过FOC模块进行分析处理，进一步完善FPGA的运行特征，提升电机驱动控制的效率，降低驱控一体化系统的硬件体积以及运行成本，提升整体的运行效率。

二、驱控一体伺服系统的FPGA模块设计

在进行模块设计的过程中首先需要对绝对编码器的结构进行对比，使用较为复杂的结构，结合实际情况对厂家输出格式进行分析。在进行模块设计的过程中使用较多的是多摩川编码器，这种编码器是在默认状态下将信息进行接受，然后通过外部的解码器对编码进行分析，在分析之后进行回复，如果在这个过程中接收到不良信息，外部解码器会进行报警，对系统进行整体的控制。编码器的信号传输形式主要的通过域的为单位，在通信开始的过程中通过制定的CF模块，在信号返回的过程中对其中的信息进行处理，执行编码回复过程，对技术进行更加全面的控制。

在系统对数据信息进行分析的过程中，CF域代表的是不同的编码指令，表达的意思也是不同的，需要根据实际编码的情况对代码指令进行分析，这样的情况下就使用到编码器的内部计时器，在预计时间内如果系统对信息没有执行相应的指令，编码器会默认位置信息，主动的获取信息，对数据情况进行分析，这样可以进一步节省信息获取空隙中的时间，提升信息获取的质量。

在对信息处理系统进行开发之后，需要对整体的对系统的电流信息进行控制，一般来讲机电控制需要选择三相电流进行控制，这样可以全面的提升整体管理的质量。同时，在进行电流控制的过程中，可以将芯片采用4路电流进行控制的方式，在FPGA内部编写相关的芯片通信模块，对电流进行全面的读取，这样可以更好的防止信号出现中断的情况，使得整体的变成更加符合技术的需要，在管理的过程中可以防止出现一些突发情况。如图为ADC电流读取模块，在运行的过程中通过发送寄存器对位移寄存器进行合理的控制，从而输出相关的口令，然后对电流值进行合理的控制，并将和移位寄存器口令输出进行，这样的信息分析模式，可以对电流读取模块进行全面的控制，从而对信息处理过程进行合理的控制。

三、软件程序开发

在结束了前期的电流读取、编码读取以及相应的信息读取之后，需要对软件进行更加全面的开发，制定专门的软件，这样可以对技术进行更加全面的管理，对永磁同步电机的控制能力进行全面的提升。软件的设计开发是实际使用的整体能力的合理控制，在接受DSP的指令时可以保障实际工作的科学性，并通过机械角和电机驱动参数，将各种因素考虑到软件设计中，对于设备整体的安全性进行提升，如图为软件的整体设计过程，在程序初始化结果，对整体的软件设计模块进行检查，并对电机的运行状态和读取模块进行控制，并检验信号是否运行正常，这样可以通过软件设计的方式掌握整体的控制能力，提升软件的计算效率，保证整体系统运行正常性。

四、结束语

驱控一体伺服系统的FPGA模块设计与应用可以全面的提升整体的控制质量，提升电机数据采集和控制参数的计算过程，加快系统的控制力度，对系统的机电处理速度进行更加全面的控制，从而更加全面的提升FPGA模块设计的过程，保证系统运行的质量，全面的提升系统运行效率。

参考文献：

[1]曾轩，刘超，盛鑫军，朱向阳.驱控一体伺服系统的FPGA模块设计与应用[J].机电一体化，2016，（04）：60-64

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